基于STM32F107+DP83848嵌入式zigbee网关设计

1. 引言

Wireless Sensor Network，WSN(无线传感器网络)是指由大量成本相对低廉的，具有感知能力、计算能力、实时通信能力的传感器节点组成的嵌入式无线网络，是当前众多领域的研究和应用热点。建立在IEEE 802.15.4(LR_WPAN，低速率无线个人区域网)上的Zigbee协议是应用于无线监测与控制的全球性无线通信标准，是无线传感器网络组网的首选技术之一。

2. 系统设计

Zigbee 网关在整个系统中是建立在传输层上的协议转换器，首先，需要和服务器建立通信连接。其实，需要维护zigbee网络中的终端设备。

                                                         系统整体框架

 

• 网关和服务器连接硬件上采用以太网（有线）和WiFi(无线)两种方式。

    Zigbee节点的通信能力（数据速率仅为250Kbps）,为了减少协调器自身的规则量，采用集成了Ethernet接口的STM32F107+DP83848为以太网通信提高可靠的硬件保证。嵌入式开发采用RT-thread嵌入式操作系统，TCP/IP协议栈Lwip，实现了zigbee和TCP/IP协议的双向透明数据转换。

   网关具有有限网络和无线网络的自动切换。实现网关登陆、数据同步、查询设备、添加设备、设备上报、删除设备、控制设备等操作。

 

•  网关和终端设备的连接采用Zigbee网络，整个网络使用网状结构（Mash结构），设备类型分为3类，分别是协调器（Coordinator），路由器（Router），终端（EndDevice）。在网关端的角色为协调器，负责整个zigbee网络的维护。

协调器上的操作都有：

1. 开启组网 （协调器上电后，网络创建成功，不发送网络信息广播，也不允许任何节点加入网络，只有当连按3次协调器的按键，或者上位机发送准许入网的指令，这时候协调器才发送网络信息广播，准许设备加入网络）
2. 控制是否允许节点进入网络。（这里有个时间窗，时间窗内所有的节点都允许正常进入的，并且给他们发送入网成功的ACK，此时代表登记，配置成功。）
3. 接收子设备心跳并且响应心跳，判断节点是否在网络中。
4. 保存网络的状态。（网络状态包括子设备的厂地址，短地址，的映射关系等，同时在上位机上也保存了设备的厂地址短地址和LQI等一些信息。）
5. 记录设备状态。（记录灯，开关，窗帘，遥控器等各种家电的状态。这些状态不在协调器的保存，协调器获取到这些消息后上传给上位机。）
6. 控制整个网络恢复出厂设置。（长按按键9S，此时协调器会广播恢复出厂设置指令,广播若干次，然后协调器进入网络恢复出厂设置的状态，收到广播信息的节点也进入）
7. 踢出某个节点。（协调器踢出某个节点，那么这个节点会退出网络，并且协调器会清除这个节点的网络信息）
8. 传输数据给上位机。（将设备的状态，网络地址，链路质量等一些信息通过串口发送的上位机，同时接收上位机的控制指令，然后通过射频发送给目的节点，达到操作的目的。）

 

2.1  协调器首次上电流程图

​​​​​​​2.1  协调器2次上电和添加新设备流程图

​​​​​​​2.3 路由和终端的功能图

 

2.4 ​​​​​​​路由和终端掉电恢复图

​​​​​​​2.5 网络整体流程

 

3.   民间开发板

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-12236672109.5.81875d44xtUZWW&id=576312827930

4. 官方参考

方案一：ZigBee Lighting Gateway SW

http://processors.wiki.ti.com/index.php/ZigBee_Lighting_Gateway_SW

http://processors.wiki.ti.com/index.php/ZigBee_Lighting_Gateway

源码地址：

https://git.ti.com/iot-gateway/lighting-gateway

 

方案二：Z-STACK-LINUX-GATEWAY

源码下载：

http://www.ti.com.cn/tool/cn/z-stack-archive

相关内容可以查看安装包中的文档

MIPS平台源码下载：

https://github.com/Torchwoods/Ti_Z-Stack_Linux_gateway.git

 

方案三：znp-host-framework

源码地址：

http://git.ti.com/znp-host-framework/znp-host-framework

可以查看源码实现